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KR20120082856A - 시너지효과를 가진 하폐수처리용 하이브리드 장치 - Google Patents

시너지효과를 가진 하폐수처리용 하이브리드 장치 Download PDF

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KR20120082856A KR1020120061857A KR20120061857A KR20120082856A KR 20120082856 A KR20120082856 A KR 20120082856A KR 1020120061857 A KR1020120061857 A KR 1020120061857A KR 20120061857 A KR20120061857 A KR 20120061857A KR 20120082856 A KR20120082856 A KR 20120082856A
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Abstract

본 발명은 광촉매반응기와 수처리용 바이오필터시스템을 조합하고, 조합 시너지효과를 극대화하기 위하여 광촉매반응기에서 처리된 하폐수를 수처리용 바이오필터시스템으로 반송시키는 것을 특징으로 하는 유기 또는 무기화합물이나 악취오염원을 함유한 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수(이하 하폐수)의 처리방법 및 장치에 관한 것이다. 하폐수 원수는 수처리용 바이오필터를 통과하고 생물학적 처리된 하폐수는 광촉매를 담지한 UV(또는 VIS-)/광촉매반응공정에서 살균 및 오염원 처리되어 배출된다. 배출되지 않는 UV(또는 VIS-)/광촉매반응공정 처리수는 광촉매반응기와 바이오필터시스템으로 이루어진 혼합공정시스템의 시너지를 극대화하기 위하여 하폐수 원수가 처리되는 수처리용 바이오필터로 반송된다. 이와 같이 UV(또는 VIS-)/광촉매반응공정에서 처리된 하폐수를 수처리용 바이오필터로 반송함으로써 난분해성물질 산화분해에 대한 조합 시너지효과를 극대화할 수 있다.

Description

시너지효과를 가진 하폐수처리용 하이브리드 장치{Hybrid-devices to treat wastewater with a synergy effect}
본 발명은 광촉매반응기와 수처리용 바이오필터시스템을 조합하고, 조합 시너지효과를 극대화하기 위하여 광촉매반응기에서 처리된 하폐수를 수처리용 바이오필터시스템으로 반송시키는 것을 특징으로 하는 도 1과 같은 유기 또는 무기화합물이나 악취오염원을 함유한 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 원수는 수처리용 바이오필터를 통과하고 생물학적 처리된 하폐수는 광촉매를 담지한 UV(또는 VIS-)/광촉매반응공정에서 살균 및 오염원 처리되어 배출된다. 배출되지 않는 UV(또는 VIS-)/광촉매반응공정 처리수는 광촉매반응기와 바이오필터시스템으로 이루어진 혼합공정시스템의 시너지를 극대화하기 위하여 하폐수 원수가 처리되는 수처리용 바이오필터로 반송된다. 이와 같이 UV(또는 VIS-)/광촉매반응공정에서 처리된 하폐수를 수처리용 바이오필터로 반송함으로써 난분해성물질 산화분해에 대한 조합 시너지효과를 극대화할 수 있다.
염색 폐수 처리는 물리적화학적생물학적 방법을 이용할 수 있는데, 흡착, 침전, 산화, 막분리 등의 물리적화학적 방법은 빠르게 처리할 수 있는 장점이 있지만, 고가의 처리시설과 과다한 유지비가 필요하며, 특히 화학적 처리의 경우 화학약품의 사용에 따른 2차 오염 문제가 있다. 기존의 염색폐수 처리시설은 대부분이 물리화학적 처리공정과 생물학적 처리공정을 복합적으로 사용하고 있다. 이것은 하나의 단위공정으로는 염색폐수를 적절한 수준으로 처리할 수 없기 때문이다. 이로 인해 많은 비용이 낭비되고 있는 실정이다. 따라서 전술한 난분해성물질을 분해하기 위하여 환경 친화적이며 비용이 저렴한 생물학적 처리기술과 AOP(Advanced Oxidation Processes)기술을 접목한 혼합공정 기술개발의 중요성이 증대되고 있다.
오존이 용존유기물의 오직 일부를 산화시켜서 용존유기물의 완전한 무기물화나 생분해성유기물화는 기대할 수가 없다는 것은 잘 알려져 있다. 이것이 다단계의 오존-생물학적처리가 용존유기물의 제거에 매우 제한적이라는 것에 대한 이유가 될 수 있다. AOP는 오존에 분해되지 않는 유기오염물의 분해에 효과적이다. AOP공정 중에서 생성되는 OH 라디칼은 오염된 물에 존재하는 거의 모든 유기화합물을 잘 분해시킨다. 거기에다 OH 라디칼은 용존유기물의 큰 분자를 분해시켜서 생분해성 유기물을 생성시킨다. 이와 같이 오존처리와는 다르게 AOP(Advanced Oxidation Processes)는 미생물에 난분해성인 용존유기물을 발생된 OH 라디칼로 분해하여 작은 BDOC(Biologically degradable organic compound)를 생성시켜서 미생물 처리가 용이하도록 하여준다고 보고되고 있다. Lim et al.[Korean Journal of Chemical Engineering, 22, 70(2005)]은 UV/광촉매 반응기와 액상의 미생물막을 충전한 바이오필터로 이루어진 hybrid시스템의 비정상상태에서 에탄올과 톨루엔을 함유한 폐가스를 처리하는 거동을 관찰하였는데, 톨루엔과 에탄올에 대한 최대 elimination capacity 증가분에 대한 UV/광촉매반응기의 직접적인 공헌도는 각각 17.5%와 21.5%이었고 간접적인 공헌도(hybrid시스템의 synergy효과)는 각각 82.5%화 78.5%이었다고 보고하였다. 따라서 UV/광촉매산화/바이오필터 hybrid시스템 공정의 synergy효과에 의한 톨루엔 및 에탄올에 대한 elimination capacity 증가분은 UV/광촉매반응기의 직접적인 공헌도의 각각 약 400%에 달하였다.
염색폐수 처리에 대한 기존 연구동향을 보면 미생물 또는 AOP를 단독으로 각각 이용하여 특정 단일염료를 포함한 합성폐수를 처리한 연구가 거의 대부분이다. 또한 특정 단일염료나 단일오염물 제거에 대한 연구결과를 현장의 종합염색폐수에 적용하기에는 미흡한 점이 많음에도 불구하고, 염색폐수 처리를 위해 개발한 신기술들은 합성폐수를 사용한 연구결과들이 대부분이며, 실제 종합염색폐수 처리에 대한 적용사례는 미비한 편이고 그에 대한 연구결과도 성공적이지 않다. 예를 들어서 생물학적 염색폐수 처리에 대한 기존 연구동향을 보면 특정 미생물을 이용하여 염색폐수에 포함된 오염물질중 단일성분을 처리한 연구가 많은데 특히 동일한 화학적 구조를 가진 염료들을 미생물로 처리한 연구가 가장 많으며, 미생물을 이용하여 EG, PVA를 처리한 연구가 일부 보고된 바 있다. 그러나 특정 미생물을 이용한 염료나 기타 오염물 제거에 대한 연구결과는 현장에 적용하기에는 미흡한 점이 많으며, 기존의 생물학적 염색폐수 처리방법에 대한 최적화는 처리효율을 다소 개선할 수 있으나 근본적으로 처리효율을 극대화하기에는 한계가 있다.
본 발명의 과제해결수단은 첫 번째로서 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 원수 또는, pH 또는 조성 등을 조정한 하폐수를 폭기에 의한 계면활성제 분리효과를 위하여 수처리용 유동상 바이오필터 또는 수처리용 폭기 고정상 바이오필터를 포함하는 전처리 수처리용 폭기조를 통과시켜서 효율적인 폐수처리를 수행하는 과제해결수단이다. 두 번째로서는 시너지효과를 제공하는 광촉매반응공정과 수처리용 바이오필터시스템을 조합하여 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수의 효율적인 처리를 수행하는 과제해결수단이다. 세 번째로서는 첫 번째 및 두 번째 과제해결수단을 통합하는 것으로서, 첫 번째 과제해결수단의 전처리 수처리용 폭기조로서 수처리용 바이오필터시스템을 적용하고 조합 시너지효과를 극대화하기 위하여 광촉매반응기에서 처리된 하폐수를 수처리용 바이오필터시스템으로 반송시켜서 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수의 효율적인 처리를 수행하는 과제해결수단이다.
본 발명의 효과는,
첫 번째로서 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 원수 또는, pH 또는 조성 등을 조정한 하폐수를 폭기에 의한 계면활성제 분리효과를 위하여 전처리 폭기조로서 수처리용 바이오필터에 통과시켜서 효율적인 폐수처리를 수행하는 효과이다. 두 번째로서는 연속적으로 광촉매반응기에서 처리된 하폐수를 전술한 수처리용 바이오필터시스템으로 반송시킴으로써 시너지효과를 유발하는 광촉매반응공정과 수처리용 바이오필터시스템을 조합하고 조합 시너지효과를 극대화하여 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수의 효율적인 처리를 수행하는 효과이다.
도 1은 하폐수 반송 혼합공정 처리방법 및 장치
본 발명의 공정은 1) 도시하수 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수의 pH 또는 조성 등을 조정하는 전처리, 하폐수 유량 및 수질분석 및 하폐수의 수처리용 바이오필터로의 공급을 수행하는 하폐수 도입공정; 2) 수처리용 유동상 또는 폭기 고정상 바이오필터 내부로 인입된 하폐수에 용해되어 있거나 micelle 형태로 존재하는 계면활성제가 흡착된 폭기 bubble이 부상하여 수처리용 바이오필터 수면 위에 생성된 거품이 포집조로 포집되는 공정; 3) 수처리용 유동상 또는 폭기 고정상 바이오필터에서 잔류 유기물 및 무기물의 산화 또는 분해 처리가 수행되는 공정; 4) 침전조를 갖춘 수처리용 바이오필터의 경우에, 침전조를 활용하여 광촉매반응공정으로 이송되는 바이오필터 처리수와 미생물 슬러지로 분리하여 미생물슬러지를 수처리용 바이오필터 하부로 반송하는 공정; 5) 수처리용 멤브레인 바이오필터의 경우에는, 멤브레인에 의하여 미생물슬러지는 수처리용 바이오필터 내부에 보존되고 바이오필터 처리수만 광촉매반응공정으로 이송되는 공정; ; 6) 수처리용 바이오필터 처리수가 광촉매반응기를 통과하고 살균 및 오염원 처리가 된 광촉매반응기 처리수가 외부로 배출되는 공정; 7) 광촉매반응공정을 통과한 처리수를 수처리용 바이오필터의 하폐수 도입부로 반송시켜서, 시너지효과를 유발하는 광촉매반응공정과 수처리용 바이오필터시스템을 조합하고 조합 시너지효과를 극대화하는 공정으로 구성된다.
본 발명의 장치는 1) 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 공급펌프, 하폐수 전처리장치, 하폐수 유량계 및 수질분석기로 구성된 하폐수의 수처리용 유동상 또는 폭기 고정상 바이오필터로의 공급장치; 2) 폭기용 블러워(또는 컴프레서), 폭기용 산기관, 유동상 또는 고정상 미생물담체로 구성된 수처리용 바이오필터; 3) 수처리용 바이오필터, 침전조 및 미생물슬러지 반송펌프로 이루어진 미생물슬러지 반송장치 또는 미생물슬러지 분리용 멤브레인 유닛, 거품 포집조로 구성된 수처리용 (유동상 또는 폭기 고정상) 바이오필터시스템 장치; 4) UV (또는 가시광선)/광촉매 반응기; 5) UV (또는 가시광선)/광촉매 반응기 처리수 배출 및 반송을 위한 광촉매반응기 처리수조와 광촉매 반응기 처리수 반송펌프로 구성된 반송시스템 장치로 구성되어 있다.
한편 본 발명의 공정 및 장치 특징은 1) 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 원수 또는, pH 또는 조성 등을 조정한 하폐수를 폭기에 의한 계면활성제 분리효과를 위한 전처리 폭기조 및 생물학적인 하폐수 처리로서 수처리용 바이오필터시스템에 통과시켜서 효율적인 폐수처리를 수행하고; 2) 연속적으로 광촉매반응기에서 처리된 하폐수를 전술한 수처리용 바이오필터시스템으로 반송시킴으로써 시너지효과를 유발하는 광촉매반응공정과 수처리용 바이오필터시스템을 조합하고 조합 시너지효과를 극대화하여 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수의 효율적인 처리를 수행하는 것이다.
1. 도시하수, 염색폐수 또는 산업폐수
2. 하폐수 공급펌프
3. 하폐수 전처리장치
4. 하폐수 유량계
5. 하폐수 수질분석기
6. 폭기용 블러워(또는 컴프레서)
7. 폭기용 산기관
8. 유동상 또는 고정상 미생물담체
9. 침전조
10. 미생물슬러지 반송펌프
11. 거품포집조
12. 수처리용 바이오필터
13. UV/(또는 가시광선)/광촉매반응기
14. 광촉매반응기 처리수조
15. 광촉매반응기 처리수 반송펌프
16. 배출수

Claims (4)

  1. 도시하수 염색폐수 또는 산업폐수를 포함하는 하폐수 공급펌프, 하폐수 전처리장치, 하폐수 유량계 및 수질분석기로 구성된 수처리용 바이오필터로의 하폐수 공급장치;
    수처리용 바이오필터, 침전조 및 미생물슬러지 반송펌프로 이루어진 미생물슬러지 반송장치 또는 미생물슬러지 분리용 멤브레인 유닛, 거품 포집조로 구성된 수처리용 바이오필터시스템 장치;
    UV (또는 가시광선)/광촉매 반응기;
    및 광촉매 반응기 처리수 반송시스템 장치;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치
  2. 제 1항에 있어서 상기 수처리용 바이오필터는 폭기용 블러워(또는 컴프레서), 폭기용 산기관, 유동상 또는 고정상 미생물담체 또는 미생물담체 없이 MLSS (미생물슬러지)로 구성된 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치
  3. 제 1항에 있어서 상기 수처리용 바이오필터는 내부에 미생물슬러지 분리용 멤브레인 유닛을 가지는 멤브레인 바이오반응기인 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치
  4. 제 1항에 있어서 상기 광촉매 반응기 처리수 반송시스템 장치는;
    UV (또는 가시광선)/광촉매 반응기 처리수의 배출 및 상기 수처리용 바이오필터시스템으로 반송을 위한 광촉매반응기 처리수조와;
    광촉매 반응기 처리수 반송펌프로 구성된 것을 특징으로 하는 하폐수 처리장치
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